[发明专利]一种月球车双目视觉避障系统标定方法

权利要求书

1.一种月球车双目视觉避障系统标定方法，其特征是，对系统相机对内参数标定和基准镜坐标系综合标定，得到两组坐标系的坐标值，再利用这两组坐标值进行公共点转换，用标定内参数的相机再次对标定场进行照相，由避障相机用标定软件得到两台相机与标定场坐标系的关系，方法是：

(1)系统相机对内参数标定是，对标定场进行精度标定，利用避障系统相机对标定物进行照相，之后，计算左相机的内参数与标定场坐标系下相机外参数和计算右相机的内参数与标定场坐标系下相机外参数，利用左右相机外参数进行计算，得到相机对的相对外参数；

(2)基准镜坐标系综合标定是，首先，建立经纬仪测量系统，确定经纬仪测量系统坐标系，再对基准镜进行准直测量，得到基准镜坐标系在经纬仪测量系统坐标系下的系参数，然后利用经纬仪测量系统测量标定场测量标志坐标，将经纬仪测量系统坐标系转换到标定场坐标系下，得到基准镜坐标系在标定场系统坐标系下参数，之后计算相机在立方镜坐标系下的坐标系参数，利用已经标定内参数的避障系统相机对标定场进行照相，得到相机对在标定场下的坐标系参数；

(3)利用这两组坐标值进行公共点转换；

(4)利用标定内参数的相机再次对标定场进行照相，由避障相机用标定软件得到两台相机与标定场坐标系的关系。

2.根据权利要求1所说的月球车双目视觉避障系统标定方法，其特征是，所说的系统相机对内参数标定包括，避障相机内参数、相对参数的标定，方法是：

(1)将直径为8-10mm的圆形回光反射标志和编码标志的标定场放置在实验室，用V-STARS数字摄影测量系统对标定场测量标志进行测量，得到标志点在摄影测量系统坐标系下坐标(X，Y，Z)；

(2)在距离标定场2±0.1米使用避障相机对对控制场场照相58张，其中前35张照片是水平放置避障相机拍摄得到的，后23张是避障相机旋转90度后所拍摄的，每进行一个位置照相后要对相机进行水平移动，照相得到的相片中至少每张相片中要包含四个以上的编码标志点；

(3)对步骤(1)中测量得到的标定场控制点三维坐标(X，Y，Z)，利用避障相机用标定软件对左避障相机得到的58张相片进行图像处理，用光束法平差方法计算出左相机的内参数以及每张相片相对于摄影测量系统坐标系的外参数；

(4)对步骤(1)中测量得到的标定场控制点三维坐标(X，Y，Z)，利用避障相机用标定软件对右避障相机得到的58张相片进行图像处理，用光束法平差方法计算出右相机的内参数以及每张相片相对于摄影测量系统坐标系的外参数；

(5)对步骤(3)、步骤(4)分别得到的58张相片相对于摄影测量坐标系的外参数，利用相机支架在同一位置时左右相机拍得的照片的外参数，得到右避障相机相对于左避障相机的相对参数，对在58个位置得到的相对参数求平均，即得到右相机相对于左相机的相对参数；

所说的基准镜坐标系综合标定，方法是：

(1)利用SMN工业测量系统建立经纬仪测量坐标系，对立方镜进行准直测量，并计算得到立方镜坐标系在经纬仪测量系统下的参数(X₀，Y₀，Z₀，R_x，R_y，R_z)，其中X₀，Y₀，Z₀为平移参数，R_x，R_y，R_z为旋转参数，对立方镜准直测量的过程中应当注意，为了保证测量精度，立方镜准直测量至少测量8次，该工业测量系统包括一套SMN测量软件，两台TM5005电子经纬仪、一台NET05全站仪，一根经过标定的、长度为1007.8毫米的基准尺一根；

所说的准直测量是，利用SMN工业测量系统，用两台电子经纬仪对基准镜进行测量，确定基准镜坐标系的原点，用全站仪对基准镜进行测量，确定基准镜坐标系的方向，最终建立基准镜坐标系；

(2)利用经纬仪测量系统对标定场的人工测量标志进行测量，得到人工测量标志在经纬仪测量系统坐标系下的三维坐标(X1，Y1，Z1)，此时人工测量标志具有两组坐标值，一组在标定场坐标系下(X，Y，Z)，一组在经纬仪测量系统坐标系下(X1，Y1，Z1)；

(3)利用这两组坐标值进行公共点转换，得到一个关于标定场坐标系与经纬仪测量系统坐标系的转换关系，利用此转换关系，将经纬仪测量系统坐标系与立方镜坐标系转换到标定场坐标系下；

所说的公共点转换是，将反光标志点在经纬仪测量坐标系下的坐标和测得这些点的摄影测量坐标系下的坐标进行点对点坐标转换，两坐标系之间有三个平移参数和三个旋转参数，记为t＝(X₀，Y₀，Z₀，ε_X，ε_y，ε_z)，其中X₀，Y₀，Z₀为平移参数，ε_X，ε_y，ε_z为旋转参数，设反光标志点在经纬仪测量坐标系下的坐标为(X，Y，Z)，在摄影测量坐标系下的坐标为(x，y，z)，设计坐标系与测量坐标系之间的转换关系为：

xyz=a1b1c1a2b2c2a3b3c3X-X0Y-Y0Z-Z0]]>

给定近似值利用迭代最小二乘计算可求坐标转换参数t，其中a₁～c₃为相机旋转矩阵的参数：

a₁＝cos(RY)×cos(RZ)；

a₂＝-cos(RY)×sin(RZ)；

a₃＝sin(RY)；

b₁＝sin(RX)×sin(RY)×cos(RZ)+cos(RX)×sin(RZ)；

b₂＝-sin(RX)×sin(RY)×sin(RZ)+cos(RX)×cos(RZ)；

b₃＝-sin(RX)×cos(RY)；

c₁＝-cos(RX)×sin(RY)×cos(RZ)+sin(RX)×sin(RZ)；

c₂＝cos(RX)×sin(RY)×sin(RZ)+sin(RX)×cos(RZ)；

c₃＝cos(RX)×cos(RY)；